David Storm, een onderzoeksfysicus, en Tyler Growden, een elektrotechnisch ingenieur, beide met het U.S. Naval Research Laboratory, ontwikkelde een nieuwe op galliumnitride gebaseerde elektrische component, een resonante tunneling diode (RTD) genaamd, met prestaties die de verwachte snelheid van 5G overtreffen.

De netwerktechnologie van de vijfde generatie begint nu net in de Verenigde Staten te worden uitgerold.

De onderzoeksresultaten van Storm en Growden werden op 19 maart gepubliceerd, 2020 in het wetenschappelijk tijdschrift Technische Natuurkunde Brieven .

"Ons werk toonde aan dat op galliumnitride gebaseerde RTD's niet inherent traag zijn, zoals anderen suggereerden, " zei Growden. "Ze zijn zowel qua frequentie als uitgangsvermogen goed te vergelijken met RTD's van verschillende materialen."

De diodes maken extreem snel transport van elektronen mogelijk om te profiteren van een fenomeen dat kwantumtunneling wordt genoemd. Bij deze tunneling elektronen creëren stroom door zich door fysieke barrières te bewegen, profiteren van hun vermogen om zich zowel als deeltjes als golven te gedragen.

Het ontwerp van Storm en Growden voor op galliumnitride gebaseerde diodes vertoonde recordstroomuitgangen en schakelsnelheden, waardoor toepassingen mogelijk zijn die elektromagnetisme in het millimetergolfgebied en frequenties in terahertz vereisen. Dergelijke toepassingen kunnen communicatie, netwerken, en voelen.

Het team ontwikkelde een herhaalbaar proces om het rendement van de diodes te verhogen tot ongeveer 90%; eerdere typische opbrengsten liggen rond de 20%.

Storm zei dat het bereiken van een hoge opbrengst aan operationele tunneling-apparaten moeilijk kan zijn omdat ze scherpe interfaces op atomair niveau vereisen en erg gevoelig zijn voor vele bronnen van verstrooiing en lekkage.

Monstervoorbereiding, uniforme groei, en een gecontroleerd fabricageproces bij elke stap waren de belangrijkste elementen om de diodes bevredigende resultaten op een chip te geven.

"Tot nu, galliumnitride was moeilijk om mee te werken vanuit een productieperspectief, ' zei Storm. 'Ik zeg het niet graag, maar onze hoge opbrengst was zo eenvoudig als van een boomstam vallen, en veel daarvan was te danken aan ons ontwerp."

Storm en Growden zeiden dat ze vastbesloten zijn om hun RTD-ontwerp te blijven verfijnen om de huidige output te verbeteren zonder het vermogenspotentieel te verliezen. Ze voerden hun werk uit samen met collega's van de Ohio State University, Wright Staatsuniversiteit, evenals branchepartners.